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GreenBraid: Entwicklung von widerstandsfähigen Flachsfaserverbundwerkstoffen

Verbundwerkstoffe sind moderne, innovative Materialien, die je nach Design unterschiedlichste und anspruchsvolle Anforderungen erfüllen. So finden kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe Anwendung im Sportbereich (Fahrradrahmen) und glasfaserverstärkte im Betonbau, in Windkraftwerken oder als Material für chemisch resistente Rohre. Naturfaserverstärkte Kunststoffe bieten den Vorteil, dass ihre Herstellung sehr viel weniger Energie benötigt. Bisher sind ihre Anwendungsmöglichkeiten aber noch begrenzt, da die Produktion noch nicht ausreichend optimiert ist. Dies will das Projekt GreenBraid vom Institut für Textiltechnik in Aachen (ITA) ändern.

Naturfaserverstärkte Komposite (NFK) bestehen aus einer Kunststoffmatrix und einer Naturfaser. Im Projekt der Aachener Forscherinnen und Forscher wird dafür Flachs verwendet. Über die eingearbeitete Naturfaser erhalten die Biokomposite eine Stabilität, die ohne sie nicht möglich wäre. Im Vergleich zu glasfaserverstärkten Verbundwerkstoffen (GFK) haben NFK eine geringe Dichte, sind medizinisch unbedenklich, haben eine geringe Splitterneigung (wichtig im Anwendungsbereich Fahrzeugbau) und sind aufgrund ihrer Unabhängigkeit vom Ölpreis preisstabil. Ebenso wird weniger Energie in der Herstellung als bei GFK oder CFK benötigt, was zu niedrigeren Herstellungskosten und weniger CO2-Emissionen führt.

Fortschrittsmotor Klimaschutz:

  • Gleichzeitige Optimierung von Produkt und Produktion
  • Mögliche Energieeinsparungen von 75 % gegenüber bisherigen Verfahren
  • Eröffnet neue Anwendungsgebiete wie z. B. Rotorblätter
  • Nutzung heimischer Pflanzen
  • Verbesserung der Recyclingfähigkeit
  • Keine Deponierung der Fasern nach Gebrauchsende

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ITA

Man sieht eine große am ITA hergestellte Flachsfaserspule. Ein Feldhockeyschläger soll in dem Projekt als Demonstrationsobjekt hergestellt werden. Im Bild wurde das am ITA hergestellte Geflecht auf einen handelsüblichen Schläger zu Demonstrationszwecken aufgestülpt.



Bisher werden NFK vor allem in der Automobilindustrie eingesetzt, sind aber auch dort mit einer eingesetzten Menge von 25.000 Tonnen pro Jahr eher ein Nischenprodukt. Dies ist vor allem auf die hohen Produktionskosten und auf das derzeit begrenzte Anwendungsspektrum zurückzuführen. Für die Ausweitung auf andere Anwendungsbereiche ist die kurze Faserlänge ein Problem und die damit einhergehende geringe Widerstandsfähigkeit bzw. Zugfestigkeit. Die gängigen Herstellungs- und Verarbeitungsverfahren für andere Kompositwerkstoffe können nicht ohne weiteres auf NFK übertragen werden. Es mangelt auch an produktorientierten Prozessen, die die Eigenschaften steuern.


Optimiertes Verfahren, regionale Wertschöpfung

In dem Projekt GreenBraid sollen die Eigenschaften der Flachsfasern auf zwei Ebenen optimiert werden: das Spinnverfahren wird so angepasst, dass die Zahl der Drehungen (Windungen im Garn) minimiert wird. Das hat auch Einfluss auf die nächste Ebene, das Flechtender Fasern. Die nur etwa 100 mm langen Fasern werden parallelisiert, und somit ein langer Faden wie bei Glasfasern simuliert. Das erhöht die Widerstandsfähigkeit. Ziel des Projektes ist es, den Energieverbrauch bei der Herstellung um 75 Prozent im Vergleich zu bisherigen Verfahren zu senken, indem einzelne Prozessschritte weggelassen werden und die Automation erhöht wird. „Eine breitere Anwendung der NFK könnte auch die regionale Wertschöpfung steigern, da qualitativ hochwertige Bastfasern wie Flachs und Hanf eher in Europa angebaut werden, wohingegen die Glasfasern meist aus China importiert werden müssen“, sagt Projektleiterin Marie-Isabel Popzyk vom ITA.

Prototyp Hockeyschläger

Als Prototyp soll ein Hockeyschläger produziert werden. Bei diesem Sportgerät kommen auch die guten Dämpfungseigenschaften der Naturfasern zum Tragen, die Glasfasern nicht haben, und die Belastungen für Gelenke, Arme und Beine mindern. Andere Anwendungsbereiche wie Rotorblätter für Windräder im Privatbereich sind in Zukunft auch denkbar.

Das Projekt GreenBraid wird im Rahmen des europäischen Förderprogramms „Eurostars“ durchgeführt und die deutschen Partner aus Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung gefördert.


Foto: Reimer

„Mit GreenBraid ist es möglich, Bastfasern wie Flachs für hochbelastete Bauteile aus Faserverbundwerkstoffen mit Einsatz in Fahrzeugen oder Sportgeräten einzusetzen, die zuvor nur mit Glasfasern erschlossen werden konnten. Durch den Einsatz von Bastfasern können über 30 % CO2-Emissionen im Vergleich zu glasfaserverstärkten Kunststoffen eingespart werden.“

Viktor Reimer und Marie-Isabel Popzyk, Projektleiter GreenBraid




Partner und Förderer


Partner:
  • Institut für Textiltechnik (ITA) der RWTH Aachen
  • NPSP.nl
  • Barthels-Feldhoff GmbH & Co. KG Textilwerk
  • Holland Hockey
Förderer:
  • EU-Förderung